用于AC／DC開關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于AC／DC開關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路。該電路輸入電壓范圍110V～220V，輸出電壓穩(wěn)定在約5．8V。本電路僅在開關(guān)電源芯片中功率開關(guān)關(guān)斷的半周期，通過高壓JFET抽取外部電源電能給儲(chǔ)能電容充電，來維持輸出電壓的穩(wěn)定，具有輸入電壓范圍廣，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。通過HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)，取得預(yù)期的效果。
關(guān)鍵詞：片內(nèi)電源；AC／DC開關(guān)電源；低功耗

片內(nèi)電源電路是集成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電源模塊。其作用主要是從外部電源(例如220V市電)中獲取電能，并把能量轉(zhuǎn)化芯片內(nèi)部其它模塊可接受的穩(wěn)定直流電平，給內(nèi)部其它模塊供電。目前，片內(nèi)電源在紋波幅度、調(diào)整范圍、功耗等技術(shù)指標(biāo)上還不能達(dá)到外部電源的水平，但是，片內(nèi)電源具有設(shè)計(jì)指標(biāo)靈活、成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，片內(nèi)電源將會(huì)成為未來電源的另一個(gè)發(fā)展方向。

1 電路結(jié)構(gòu)及功能分析
如上圖1所示，是本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于AC／DC開關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路整體結(jié)構(gòu)。Vin為片內(nèi)電源電路的輸入端口，220V的交流電源經(jīng)過半橋整流濾波后通過此端口輸入。BP為片內(nèi)電源電路的輸出端口，輸出一恒定電壓Vout為AC／DC開關(guān)電源芯片的其它子模塊供電。Cate為AC／DC開關(guān)電源芯片中功率MOSFET柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為高時(shí)功率MOSFET導(dǎo)通，為低關(guān)斷。輸入檢測(cè)信號(hào)為本片內(nèi)電源電路的欠壓保護(hù)信號(hào)，當(dāng)Vin低于110V時(shí)片內(nèi)電源停止工作對(duì)開關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。
在AC／DC開關(guān)電源芯片工作過程中，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)片內(nèi)電源模塊輸出電壓Vout進(jìn)行檢測(cè)，如果輸出電壓低于設(shè)計(jì)要求，并且開關(guān)電源芯片其它保護(hù)模塊輸出正常的情況下，在Gate為低的半周期對(duì)輸出端電容C0充電，直到輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求，停止充電，從而使輸出電壓保持恒定。本功能由上圖1所示的充電控制部分和模擬充電部分來實(shí)現(xiàn)。充電控制部分包括：輸出電壓檢測(cè)模塊，數(shù)字邏輯控制模塊。模擬充電模塊包括高壓JFET，MN1，MN2，電阻R0，儲(chǔ)能電容C0。

充電控制模塊是本電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，其具體設(shè)計(jì)過程如下：
1．1 輸出電壓檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)
輸出電壓檢測(cè)模塊電路如下圖2所示，BP端輸出電壓Vout經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后產(chǎn)生3路輸出D1，D2，D3，這三路輸出分別輸入到COM2，COM1，COM3三路比較器中，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。COM1輸出欠壓信號(hào)A5，欠壓為高，不欠壓為低。COM2輸出過壓信號(hào)A6，過壓為高，不過壓為低。COM3的輸出控制泄流支路，當(dāng)Vout(BP電壓)高于7V時(shí)，給電容C0提供一條泄流通路，使BP電壓低于7V，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。